Synthèse d'un métal-organique ensemble complexe soluble dans l'eau

Résumé

A potential general method for the synthesis of water-soluble multimetallic peptidic arrays containing a predetermined sequence of metal centers is presented.

Résumé

We demonstrate a method for the synthesis of a water-soluble multimetallic peptidic array containing a predetermined sequence of metal centers such as Ru(II), Pt(II), and Rh(III). The compound, named as a water-soluble metal-organic complex array (WSMOCA), is obtained through 1) the conventional solution-chemistry-based preparation of the corresponding metal complex monomers having a 9-fluorenylmethyloxycarbonyl (Fmoc)-protected amino acid moiety and 2) their sequential coupling together with other water-soluble organic building units on the surface-functionalized polymeric resin by following the procedures originally developed for the solid-phase synthesis of polypeptides, with proper modifications. Traces of reactions determined by mass spectrometric analysis at the representative coupling steps in stage 2 confirm the selective construction of a predetermined sequence of metal centers along with the peptide backbone. The WSMOCA cleaved from the resin at the end of stage 2 has a certain level of solubility in aqueous media dependent on the pH value and/or salt content, which is useful for the purification of the compound.

Introduction

synthèse contrôlée de structures moléculaires complexes a toujours été un problème majeur dans la chimie de synthèse. De ce point de vue, de faire la synthèse des complexes de hétérométalliques multinucléaires de façon designable est encore un sujet digne d'être remis en question dans le domaine de la chimie inorganique en raison du nombre de résultats structurels possibles à partir de l'approche-ligand-métallation qui est couramment utilisé pour la préparation de complexes métalliques monomères. Bien que plusieurs exemples de complexes hétérométalliques multinucléaires ont été rapportés jusqu'à présent ^1,2,3, le procès-et-erreur ou pénible de leur synthèse nécessite la mise au point d'une méthode simple qui est applicable pour une large gamme de structures.

Comme une nouvelle approche pour résoudre ce problème, en 2011 , nous avons signalé une méthodologie synthétique ^4,5 où divers complexes métalliques mononucléaires ayant un fragment d'acide aminé protégé par Fmoc sont séquentiellement couplés pour donner plusieursmétallique.Procédé tableaux peptidiques en utilisant les protocoles de synthèse des polypeptides en phase solide ^6. En raison du caractère consécutif de la synthèse des polypeptides, une séquence spécifique de centres métalliques multiples qui est rationnellement designable en contrôlant le nombre et l'ordre des réactions de couplage de ces monomères complexes métalliques. Plus tard, cette approche a en outre été modularisé pour faire divers plus grande et / ou ramifiées structures de réseaux en combinant avec la liaison covalente entre deux rangées plus courtes ^7.

Ici , nous allons montrer comment la synthèse de tels réseaux peptidiques multimétalliques est généralement utilisé en choisissant le WSMOCA récemment rapporté (1 ⁸ CAS RN 1827663-18-2; Figure 1) comme un exemple représentatif. Bien que la synthèse d'une matrice particulière est décrite dans ce protocole, les mêmes procédures sont applicables à la synthèse d'une large gamme de séquences différentes, y compris les isomères ^9. Nous nous attendons à ce que ce protocol inspirera plus de chercheurs à participer à la science des composés de séquence contrôlée, où les molécules étudiées jusqu'ici ont généralement été biopolymères mais incluent rarement des exemples d'espèces à base de complexes métalliques.

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Protocole

1. Préparation du métal Monomères complexes (2 CAS RN 1381776-70-0, 3 CAS RN 1261168-42-6, 4 CAS RN 1261168-43-7; Figure 1)

1. Préparation du monomère Ru 2
   1. Combinez le précurseur organique (5 ⁹ CAS RN 1381776-63-1; Figure 1) (380 mg, 0,48 mmol) et de [Ru (p - cymène) Cl _2] dimère (224 mg, 0,37 mmol) avec une barre d'agitation dans un 100 ml unique cols à fond rond.
   2. Ajouter du methanol (MeOH) (25 ml) au mélange, un réfrigérant à l'articulation du flacon, et on agite la suspension à 65 ° C pendant 3 heures dans un bain d'huile à température contrôlée.
   3. On refroidit le mélange réactionnel à la température ambiante et on filtre la suspension à travers un papier filtre par aspiration.
   4. Laver le résidu sur le filtre à fond avec MeOH jusqu'à ce que le filtrat devient visuellement incolore et sécher le résidu sous pression réduite.
   5. Combiner le résidu et 4 '- (4-méthylphényl) -2,2': 6 &# 39;, 2 "terpyridine (216 mg, 0,68 mmol) avec une barre d'agitation dans 100 ml unique col ballon à fond rond.
   6. Ajouter du MeOH (22,5 ml) et d'eau (2,5 ml) au mélange, un réfrigérant à l'articulation du flacon, et on agite la suspension à 70 ° C pendant 16 heures.
   7. On refroidit le mélange réactionnel à la température ambiante et on filtre la suspension.
   8. Sécher le résidu sur le filtre sous pression réduite et on le dissout dans du diméthylsulfoxyde (DMSO) (3 ml).
   9. Ajouter la solution de DMSO lentement à un excès d'acétate d'éthyle (EtOAc).
   10. On filtre la suspension obtenue, laver le résidu sur le filtre avec de l'EtOAc, et le sécher sous pression réduite.
2. Préparation du monomère Pt 3
   1. Combinez le précurseur organique (6 ⁴ CAS RN 1261168-39-1; Figure 1) (360 mg, 0,50 mmol) et Pt (cycloocta-1,5-diène) Cl ₂ (195 mg, 0,52 mmol) avec une barre d'agitation dans un 100 ml unique cols à fond rond.
   2. Ajouter du MeOH (15 ml) au mélange, un réfrigérant à l'articulation du flacon, et on agite la suspension à 65 ° C pendant 12 heures.
   3. On refroidit le mélange réactionnel à la température ambiante et on filtre la suspension.
   4. Laver le résidu sur le filtre à fond avec du MeOH et le sécher sous pression réduite.
3. Préparation de Rh monomère 4
   1. Combinez le précurseur organique (6; Figure 1) (360 mg, 0,50 mmol) et RhCl ₃ · 3H ₂ O (137 mg, 0,52 mmol) avec une barre d'agitation dans 100 ml unique cols à fond rond.
   2. Ajouter du MeOH (50 ml) au mélange, un réfrigérant à l'articulation du flacon, et on agite la suspension à 65 ° C pendant 12 heures sous une atmosphère de _N2.
   3. On refroidit le mélange réactionnel à la température ambiante et on filtre la suspension.
   4. Laver le résidu sur le filtre à fond avec du MeOH et le sécher sous pression réduite.

Tableau complexe 2. Préparation de l'eau-soluble Metal-Organic 1

1. Fmoc déprotection de TG Sieber Résine
   1. Combinez résine TG Sieber as-acheté (135 mg) avec une barre d'agitation dans un flacon de 10 ml à 2 cols portant un drain au fond équipé d'un filtre de verre et un 2-way robinet d' arrêt (Figure 2a). Raccorder un robinet d'arrêt à 3 voies et un bouchon en verre au niveau des articulations du ballon.
   2. Échangez l'atmosphère interne avec N ₂ en utilisant une ligne de vide, puis gonfler la résine avec du dichlorométhane anhydre de qualité (CH ₂ Cl ₂₎ (1 ml) (Figure 2b).
   3. Ajouter le diméthylformamide anhydre de qualité (DMF) (3 ml) et de la pipéridine (1 ml) dans cet ordre et agiter le mélange pendant 2,5 heures à la température ambiante.
   4. On élimine la solution par filtration à travers le drain. Laver la résine anhydre de qualité MeOH (3 ml, 3 minutes d' agitation) et anhydre de qualité CH ₂ Cl ₂ (3 ml, 3min d' agitation) alternativement trois fois, puis avec un anhydre de qualité du CH ₂ Cl ₂ (3 ml, 3 minutes d' agitation) quatre fois (figure 2c).
   5. Combiner toutes les solutions obtenues dans 2.1.4 et les diluer avec de l' acétonitrile (CH ₃ CN) jusqu'à un volume de 50 ml. Transférer une fraction aliquote (1 ml) de la solution obtenue dans une cuvette de quartz ayant une longueur optique de 1 cm et le diluer avec du _CH3CN (2 ml).
   6. Déterminer le nombre de moles de fragment déprotégé Fmoc (f pmol) sur la base du coefficient de pipéridine-dibenzofulvène produit d' addition d' extinction (6,234 à 299 nm) ¹⁰ et l'absorbance spectroscopique obtenue (a) de la solution préparée en utilisant le protocole 2.1.5 selon les critères suivants équation:
      f = 0,05 x 10 ⁶ x 3 x a / 6234
2. Chargement du monomère Ru 2
   1. Ajouter anhydre de qualité CH ₂ Cl ₂ (2,5 ml), Ru monomère 2 (64,9 mg, 53,2 pmol), le 2- (1H-benzotriazol-1-yl) -1,1,3,3-tétraméthyluronium (HBTU) (30,3 mg, 79,8 pmol), de DMSO anhydre de qualité (2,5 ml ), et N, N - diisopropyléthylamine (i Pr ₂ NEt) (20 pi) dans cet ordre sous une atmosphère de _N2 à la résine lavée et agiter le mélange pendant 12 heures à la température ambiante (figure 2d).
   2. On élimine la solution par filtration à travers le drain. Laver la résine anhydre de qualité DMSO (3 ml, 5 min d' agitation) trois fois, anhydre de qualité MeOH (3 ml, 3 min d' agitation) et anhydre de qualité CH ₂ Cl ₂ (3 ml, 3 min d' agitation) en alternance trois fois et anhydre de qualité CH ₂ Cl ₂ (3 ml, 3 minutes d' agitation) trois fois.
   3. Ajouter anhydre de qualité CH ₂ Cl ₂ (5 ml), de l' anhydride benzoïque (0,28 g, 1,5 mmol) et de N méthylimidazole (0,10 ml, 1,5 mmol) dans cet ordre , sous atmosphère de _N2 à la résine lavée et agiterle mélange pendant 2 heures à température ambiante.
   4. On élimine la solution par filtration à travers le drain. Laver la résine anhydre de qualité CH ₂ Cl ₂ (3 ml, à 3 min d' agitation) et anhydre de qualité du MeOH (3 ml, 3 minutes d' agitation) alternativement à trois reprises, puis avec anhydre de qualité CH ₂ Cl ₂ (3 ml, 3 min agitation) trois fois.
   5. Répétez les protocoles comme décrit dans 2.1.3-2.1.6 de quantifier le nombre de moles de charge Ru monomère 2.
3. Chargement de Fmoc- et de tert-butyle côté résidus (t Bu) -protégé (L) de l' acide glutamique (Glu) (7 CAS RN 71989-18-9; Figure 1)
   1. Ajouter anhydre grade CH ₂ Cl ₂ (4,5 ml), Glu · H ₂ O (39,4 mg, 88,8 pmol), HBTU (50,5 mg, 133,2 pmol), anhydre de qualité DMSO (0,5 ml), et i Pr ₂ NEt ( 50 pi) dans cet ordre sous une atmosphère de _N2 à la résine lavée et agiter le mélange pendant 12 heures à la salle température (figure 2e).
      NOTE: Les quantités de Glu · H ₂ O et HBTU sont progressivement diminué , passant de 2,3 à 2,7 étapes pour garder leur stoechiométrie à la fonctionnalité réactive _NH2 sur la constante de résine.
   2. Répétez les protocoles comme décrit dans 2.2.2-2.2.4.
   3. Prendre une petite partie de la résine du flacon et le mettre dans un mélange d'acide trifluoroacétique (CF ₃ CO ₂ H) (2,5 ul), du triéthylsilane _(Et3SiH) (0,5 pi) et du 1,2-dichloroéthane ( 47 ul). Soniquer le mélange pendant 0,5 heure et utiliser la solution résultante pour la spectrométrie de masse ^4,7,8,9 (Figure 3a).
   4. Répétez les protocoles comme décrit dans 2.1.3-2.1.6 de quantifier le nombre de moles de charge Glu.
4. Chargement du monomère Pt 3
   1. Ajouter anhydre de qualité DMSO (4,5 ml), Pt monomère (32,9 mg, 33,3 pmol), HBTU (18,9 mg, 50,0 pmol), anhydre de qualité CH ₂Cl ₂ (0,5 ml), et i Pr ₂ NEt (20 pi) dans cet ordre sous une atmosphère de _N2 à la résine lavée et agiter le mélange pendant 12 heures à la température ambiante (Figure 2f).
   2. Répétez les protocoles comme décrit dans 2.2.2-2.2.5 de quantifier le nombre de moles de charge Pt monomère 3.
5. Chargement Glu
   1. Ajouter anhydre grade CH ₂ Cl ₂ (4,5 ml), Glu · H ₂ O (27,8 mg, 62,9 pmol), HBTU (35,8 mg, 94,4 pmol), anhydre de qualité DMSO (0,5 ml), et i Pr ₂ NEt ( 50 ul) dans cet ordre , sous atmosphère de _N2 à la résine lavée et on agite le mélange pendant 12 heures à température ambiante.
   2. Répéter les protocoles comme décrit dans 2.3.2-2.3.4 (figure 3b).
6. Chargement de Rh monomère 4
   1. Ajouter DMSO anhydre de qualité (4,5 ml), Rh monomère 4 (21,8 mg, 23.3 pmol), HBTU (13,3 mg, 35,0 pmol), anhydre de qualité CH ₂ Cl ₂ (0,5 ml), et i Pr ₂ NEt (20 pi) dans cet ordre sous une atmosphère de _N2 à la résine lavée et agiter le mélange pendant 12 heures à la température ambiante (figure 2g).
   2. Répétez les protocoles comme décrit au point 2.2.2.
   3. Répétez les protocoles comme décrit au paragraphe 2.6.1.
   4. Répétez les protocoles comme décrit dans 2.2.2-2.2.5 de quantifier le nombre de moles de charge Rh monomère 4.
7. Chargement Glu
   1. Ajouter anhydre grade CH ₂ Cl ₂ (4,5 ml), Glu · H ₂ O (20,4 mg, 46,0 pmol), HBTU (26,2 mg, 69,0 pmol), anhydre de qualité DMSO (0,5 ml), et i Pr ₂ NEt ( 50 ul) dans cet ordre , sous atmosphère de _N2 à la résine lavée et on agite le mélange pendant 12 heures à température ambiante.
   2. Répétez les protocoles comme décrit dans 2.3.2-2.3.4 (La figure 3c).
8. Chargement de l' acide 2- [2- (2-méthoxyéthoxy) éthoxy] acétique (TEG) d' acide (8 , CAS RN 16024-58-1; Figure 1)
   1. Ajouter anhydre grade CH ₂ Cl ₂ (3 ml), l' acide TEG (14 pi, 91,0 pmol), HBTU (51,7 mg, 136,5 pmol), anhydre de qualité CH ₂ Cl ₂ (2 ml), et i Pr ₂ NEt ( 50 ul) dans cet ordre , sous atmosphère de _N2 à la résine lavée et on agite le mélange pendant 12 heures à température ambiante.
   2. On élimine la solution par filtration à travers le drain. Laver la résine anhydre de qualité DMSO (3 ml, 5 min d' agitation) deux fois, anhydre de qualité MeOH (3 ml, 3 min d' agitation) et anhydre de qualité CH ₂ Cl ₂ (3 ml, 3 min d' agitation) en alternance trois fois et anhydre de qualité CH ₂ Cl ₂ (3 ml, 3 minutes d' agitation) trois fois.
9. Clivage de la résine à la fin de synthèse en phase solide
   1. lavagela résine avec de l' éther diéthylique (4 ml, 5 minutes d' agitation) trois fois, le sécher sous vide, et de la houle avec anhydre de qualité du CH ₂ Cl ₂ (1 ml, 5 min d' agitation).
   2. Ajouter un mélange de CF ₃ CO ₂ H (0,1 ml), _Et3SiH (20 pi) et du 1,2-dichloroéthane (1,9 ml) à la suspension et on agite le mélange pendant 12 heures à température ambiante.
   3. On élimine la solution par filtration à travers le drain, ajouter un mélange de CF ₃ CO ₂ H (0,1 ml), _Et3SiH (20 pi) et du 1,2-dichloroéthane (1,9 ml) à la résine, et on agite le mélange pendant 1 h à température ambiante.
   4. Répétez l' étape 2.9.3 jusqu'à ce que la solution devient visuellement incolore (Figure 2h).
   5. Combiner toutes les solutions obtenue grâce à des protocoles 2.9.2-2.9.4 et analyser le contenu de la solution résultante par spectrométrie de masse ^4,7,8,9 (figure 3d).
   6. Élimination des espèces volatiles de la solution par evaporation et dissoudre le résidu dans un mélange de CF ₃ CO ₂ H (0,2 ml), _Et3SiH (40 pi) et du 1,2-dichloroéthane (3,8 ml).
   7. On agite le mélange pendant 24 heures à température ambiante et à analyser le contenu de la solution résultante par spectrométrie de masse pour confirmer ^4,7,8,9 la déprotection complète des groupes tBu au niveau des résidus latéraux de 1 (figure 3e).
   8. Élimination des espèces volatiles de la solution par évaporation.
10. La purification de 1
    1. Soniquer le résidu solide obtenu par le protocole 2.9 dans CH ₂ Cl ₂ et décanter la solution. Répétez ce processus jusqu'à ce que la solution de décantation devient visuellement incolore.
    2. Analyser le contenu du résidu solide résultant par spectrométrie de masse ^4,7,8,9.
    3. Laver le résidu avec du MeOH (100 pl / 10 mg) par traitement aux ultrasons, transvaser la solution et analyser le contenu de la résultante derésidu olide par spectrométrie de masse ^4,7,8,9.
    4. On dissout le résidu (1 mg) dans un mélange de _CH3CN (90 ul) et d' eau (10 ul) par sonication et mélanger la solution résultante avec une solution saline tamponnée au phosphate (800 ul, 10 mM, pH = 7,4). Soniquer le mélange et incuber à 37 ° C pendant 24 heures.
    5. Extraire les espèces colorées dans le surnageant de décantation avec un mélange de dichloro-1,2 éthane (500 pl), _CH3CN (20 ul) et CF ₃ CO ₂ H (20 ul). Analyser l'extrait par spectrométrie de masse ^4,7,8,9 (Figure 3f).
    6. Répéter l'extraction jusqu'à ce que la phase aqueuse devient visuellement incolore. Combinez les solutions organiques et éliminer les espèces volatiles par évaporation.

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Résultats

La figure 1 montre les structures moléculaires des composés cibles finaux, des précurseurs et des intermédiaires. La figure 2 montre les images de la résine et la figure 3 montre les spectres de masse MALDI-TOF d'échantillons à des étapes de procédure sélectionnées. Images de la figure 2a à 2h montrent les changements dans la couleur et l' apparence de la résine qu'elle subit au ...

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Discussion

parfaite élimination des produits chimiques indésirables de la résine ne sont pas toujours possible, par un simple lavage avec des solvants qui peuvent facilement se dissoudre ces substances. Une technique clé pour laver efficacement la résine est de faire gonfler et rétrécir répétitivement de sorte que les produits chimiques restant à l'intérieur seront expulsés. Ceci est la raison pour laquelle la résine dans notre procédé est traitée avec du CH ₂ Cl ₂ MeOH alternativement com...

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matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
Dichloro(1,5-cyclooctadiene)platinum(II)	TCI	D3592
Rhodium(III) chloride trihydrate	Kanto Chemical	36018-62
Phosphate buffered saline, tablet	Sigma Aldrich	P4417-50TAB
NovaSyn TG Sieber resin	Novabiochem	8.55013.0005
HBTU	TCI	B1657
Benzoic anhydride	Kanto Chemical	04116-30
Trifluoroacetic acid	Kanto Chemical	40578-30
Triethylsilane	TCI	T0662
2-[2-(2-Methoxyethoxy)ethoxy]acetic acid	Sigma Aldrich	407003	Dried over 3 Å sieves
Dithranol	Wako Pure Chemical Industries	191502
N-methylimidazole	TCI	M0508
Piperidine	Kanto Chemical	32249-30
4'-(4-methylphenyl)-2,2':6',2"-terpyridine	Sigma Aldrich	496375
Dehydrated grade dimethylsulfoxide	Kanto Chemical	10380-05
Dehydrated grade methanol	Kanto Chemical	25506-05
Dehydrated grade dichloromethane	Kanto Chemical	11338-84
MeOH	Kanto Chemical	25183-81
Dimethylsulfoxide	Kanto Chemical	10378-70
Ethyl acetate	Kanto Chemical	14029-81
Acetonitrile	Kanto Chemical	01031-70
1,2-dichloroethane	Kanto Chemical	10149-00
Diethyl ether	Kanto Chemical	14134-00
Dichloromethane	Kanto Chemical	10158-81